Hoa Hoc Phan Tich Dinh Luong

H ã a h ä c p h ©n t Ýc h B µ i g i ¶ n g h ã a ph ©n t Ýc h ®Þn h l ­ î n g

1

PhÇn më ®Çu Ch­ ¬ng I: më ®Çu 1-1- § èi t­ î ng nghiªn cøu Hãa häc ph© n tÝch lµ mét ngµnh khoa häc nghiªn cøu c¸c ph­ ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh thµnh phÇn hãa häc vµ cÊu tróc ph© n tö cña c¸c chÊt. Ph© n tÝch c¸c chÊt ®­î c ph© n biÖt: ph© n tÝch ®Þnh l­ î ng vµ ph© n tÝch ®Þnh tÝnh. Ph© n tÝch ®Þnh tÝnh cho biÕt trong chÊt nghiªn cøu cã nh÷ng ion hay nguyªn tè, nhãm nguyªn tè nµo hoÆ c c¸c chÊt cã mÆ t trong mét hçn hî p. Trong nhiÒu tr­ êng hî p cã thÓcho biÕt c¶ liªn kÕt cña c¸c nhãm nguyªn tö trong ph© n tö (cÊu tróc). Ph© n tÝch ®Þnh l­ î ng lµ x¸c ®Þnh mét c¸ch chÝnh x¸c hµm l­ î ng hoÆ c tû lÖvÒl­ î ng cña c¸c nguyªn tè (hay ion) hoÆ c cña c¸c chÊt trong ®èi t­ î ng nghiªn cøu. 2

1-2- C¸c ph­ ¬ng ph¸p ph©n tÝch ®Þnh l­ î ng: *C¸c ph­ ¬ng ph¸p cæ® iÓn. *C¸c ph­ ¬ng ph¸p dông cô. biÖt:

C¨n cø vµo khèi l­ î ng chÊt ® em ph© n tÝch, ng­ êi ta ph© n

-Ph­ ¬ng ph¸p ph© n tÝch l­ î ng lí n: l­ î ng mÉu tõ 0,1 – 10 g.-Ph­ ¬ng ph¸p b¸n vi l­ î ng: l­ î ng mÉu 0,01 – 0,1 g. -Ph­ ¬ng ph¸p vi l­ î ng: l­ î ng mÉu 1-10 mg. -Ph­ ¬ng ph¸p siªu vi l­ î ng: l­ î ng mÉu cì microgam (~10-6g). NÕu c¨n cø vµo b¶n chÊt cña c¸c ph­ ¬ng ph¸p, ng­ êi ta cã thÓt¹m chia thµnh: c¸c ph­ ¬ng ph¸p hãa häc vµ c¸c ph­ ¬ng ph¸p hãa lý, c¸c ph­ ¬ng ph¸p vËt lý. 3

1-3-C¸c b­ í c tiÕn hµnh trong ph©n tÝch ®Þnh l­ î ng. -LÊy mÉu. -ChuyÓn mÉu ph© n tÝch thµnh dung dÞch. -Chän ph­ ¬ng ph¸p ph© n tÝch. +TÝnh ®óng ®¾ n cña ph­ ¬ng ph¸p ph© n tÝch. +Gií i h¹n x¸c ®Þnh. +§ é chän läc. +Tèc ®é ph© n tÝch. -ChuyÓn chÊt cÇn ph© n tÝch thµnh d¹ng ®o. -Ph­ ¬ng ph¸p ®o. +Ph­ ¬ng ph¸p chuÈn ®é (pp thÓtÝch). +Ph­ ¬ng ph¸p träng l­ î ng. +Ph­ ¬ng ph¸p dông cô. -TÝnh to¸n vµ biÓu diÔn kÕt qu¶ ph© n tÝch.

4

Ch­¬ng II.

‘ nm Dung dÞch

2-1- Nång ®é dung dÞch: Lµ ®¹i l­îng dïng ®Ó chØ hµm l­ îng cña mét cÊu tö trong dung dÞch. Nång ®é thÓ tÝch. Nång ®é phÇn tr¨m khèi l­îng. Nång ®é mol. Nång ®é molan. Nång ®é ®­¬ng l­îng. §é chuÈn. Nång ®é ppm 1- Nồng độ thể tích: của một chất lỏng là tỷ số thể tích của chất lỏng đó và thể tích của dung môi lớn Ví dụ: Dung dịch HCl 1:4 là dung dịch gồm 1 thể tích axit HCl đặc có khối lượng riêng d=1,185g/ml và 4 thể tích nước. BT: *Tính thể tích axit HCl đặc cần thiết để pha 500ml dung dịch HCl 1:4. *Cần bao nhiêu ml axit H2SO4 đặc (98%) để pha 1 lit dung dịch axit nồng độ 1:5. 5

2-Nồng độ phần trăm khối lượng của một chất trong dung dịch là số gam chất đó tan trong 100g dung dịch. Ví dụ: Trong dung dịch NaOH 25% là dung dịch chứa 25 gam NaOH trong 100g, nghĩa là dung dịch gồm 25 g NaOH và 75 g nước. BT :*Cần hòa tan bao nhiêu gam NaCl vào 100 g nước để được dung dịch có nồng độ 10% NaCl? *Có bao nhiêu gam H2SO4 nguyên chất trong 1ml dung dịch H2SO4 đặc 98% có khối lượng riêng d=1,84? * Cần bao nhiêu gam NaOH hoà tan trong 3 lit dung dịch để có nồng độ 10%? Khối lượng riêng của dung dịch d=1,115

6

3-Nồng độ phân tử (mol) của một chất là số mol chất đó tan trong 1 lit dung dịch, được ký hiệu bằng chữ M hoặc mol/lit... a Nồng độ mol CM được tính: C M = M.V a- là số gam chất tan trong V lÝt dung dịch. M- là khối lượng mol của chất tan. Ví dụ: Dung dịch NaOH 0,1M là dung dịch chứa 0,1mol NaOH trong 1 lit dung dịch hoặc 0,1 x 40g = 4g NaOH trong 1 lit dung dịch. BT: * Có bao nhiêu gam H2SO4 trong 500 ml dung dịch H2SO4 2M? *Cần lấy bao nhiêu gam H2C2O4.2H2O để điều chế 250 ml dung dịch nồng độ mol là 0,025M? * Cần bao nhiêu gam KMnO4 để điều chế 100ml dung dịch KMnO4 0,05M? * Tính nồng độ mol của dung dịch KOH chứa 10,5 gam KOH trong 300 ml dung dịch. *Tính nồng độ phần trăm của dung dịch NaOH 2M. Biết khối lượng riêng của dung dịch là 1,08 g/ml. 7

*§ Ópha 10lit dung dÞch NH3 0,1M ph¶i dï ng bao nhiªu ml dung dÞch NH3 26% (d=0,9). *H3PO4 có tỷ trọng d=1,7, nồng độ 85% H3PO4. (tlpt H3PO4 = 98g). Tính số gam và số mol H3PO4 trong 1 lit dung dịch. Tính thể tích axit này phải lấy để pha 1 lit dung dịch H3PO4 0,1M. * Tính thể tích HCl có d=1,2 nồng độ 38,32% HCl phải lấy để pha được: -1 lit dung dịch HCl 20,39% (d=1,1) -1 lit dung dịch 6 M.

8

4-Nồng độ molan, ký hiệu bằng chữ m, được biểu thị bằng số mol chất tan trong 1000 gam dung môi. Ví dụ: Dung dịch 1 molan của đường C12H22O11 trong nước, có nghĩa là trong 1000 g nước có 342g (hay 1 mol) đường hoà tan. BT: *Tính số gam muối ăn trong 200ml dung dịch muối ăn có nồng độ 2 molan. * Tính số ml dung dịch KOH 10% (d=1,1) phải cho vào 1 lit H2O để thu được dung dịch 0,2M (tlpt KOH = 56) (d nước=1) 9

5-Nồng độ đương lượng của một chất là số mol đương lượng (Đ) của chất đó trong 1 lít dung dịch hoặc số milimol (mĐ) của chất đó trong 1 ml dung dịch. Ký hiệu bằng chữ N. Ví dụ: Dung dịch HCl 2N nghĩa là: trong 1 lit dung dịch chứa 2 đương lượng gam chất hoà tan HCl (73gam HCl). Nồng độ đương lượng được tính: a CN = § .V a-số gam chất tan trong V lit dung dịch. Đ-khối lượng mol đương lượng. M §= n n - là số ion H+, electron hoặc ion hoá trị 1 trao đổi với 1 phân tử hoặc nguyên tử trong phản ứng M - Khối lượng phân tử của chất. 10

Đương lượng mol axit: Đương lượng của một axit là trọng lượng phân tử của axit chia cho số nguyên tử hydro trong mỗi phân tử tham gia vào phản ứng. Đương lượng mol bazơ: Đương lượng của một bazơ bằng trọng lượng phân tử của bazơ chia cho hóa trị của kim loại. Ví dụ: NaOH + H3PO4 = NaH2PO4 + H2O Đ1 = M/1 2NaOH + H3PO4 = Na2HPO4 + 2H2O Đ2=M/2 3NaOH + H3PO4 = Na3PO4 + 3H2O Đ3=M/3 Đương lượng mol của muối: Đương lượng của một muối bằng trọng lượng phân tử của muối chia cho tích của hóa trị kim loại và số nguyên tử kim loại trong muối đó có tham gia vào phản ứng. Ví dụ: Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl Đ=M/1 Na2CO3 + 2HCl = 2 NaCl + H2O + CO2 Đ=M/2 MnO4- + 4H+ + 3e = MnO2 + 2 H2O Đ= M/3 MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4 H2O Đ=M/5 11

BT: *Cần lấy bao nhiêu gam tinh thể ngậm nước H2C2O4. H2O (M=126) để pha 250ml dung dịch H2C2O4 0,05N. * Tính nồng độ đương lượng của dung dịch H2SO4 0,2M trong phản ứng với BaCl2: H2SO4 +BaCl2 =BaSO4 +2HCl *Để pha 10 lit dung dịch NH3 0,1N phải dùng bao nhiêu ml dung dịch NH3 26% (d=0,9).

12

§ Þnh luËt t¸c dông theo ® ­ ¬ng l­ î ng. Hai chÊt A vµ B t¸c dông võa ® ñ ví i nhau th×sè ® ­ ¬ng l­ î ng chÊt A b»ng sè ® ­ ¬ng l­ î ng chÊt B. TÊt c¶ c¸c phÐp tÝnh trong ph© n tÝch ® Òu dùa vµo ®Þnh luËt nµy. 1-Cho thÓtÝch chÊt A lµ V A, thÓtÝch chÊt B lµ V B nång ®é ® ­ ¬ng l­ î ng t­ ¬ng øng cña c¸c dung dÞch A,B lµ NA,NB, th× : V A. NA =V B. NB 2- NÕu a gam chÊt A t¸c dông hÕt ví i b gam chÊt B th× : a b = §A §B 3- NÕu V A lµ thÓtÝch dung dÞch A vµ NA lµ nång ® é ®­¬ng l­ î ng t­ ¬ng øng, t¸c dông hÕt ví i b gam chÊt B th× : V A. NA =

bg §

B

13

6- § é chuÈn T: Lµ sè gam hoÆ c miligam chÊt tan trong 1 ml dung dÞch. NÕu a lµ sè gam chÊt tan trong V ml dung dÞch th×®é chuÈn lµ: a T= V VÝ dô: dung dÞch H2SO4 cã ®é chuÈn b»ng 0,0049 gam/ml, cã nghÜa lµ mçi ml H2SO4 nµy cã 0,0049 gam H2SO4 nguyªn chÊt. 7- Nång ®é ppm: Mét phÇn cña mét cÊu tö trong mét triÖu phÇn cña hçn hî p. § èi ví i dung dÞch rÊt lo· ng hoÆ c c¸c hµm l­ î ng rÊt nhá ng­ êi ta th­ êng dï ng kh¸i niÖm ppm =phÇn triÖu lµ sè micro gam. VÝdô: 1 mg asen trong 1 lit n­ í c ~1ppm. 14

2-2- Quy t ¾c t r é n l Én. VÝdô: Cã 2 dung dÞch KOH 50% vµ 20%. Hái ph¶i lÊy mçi dung dÞch bao nhiªu ml ®Ótrén vµo nhau thµnh 80ml dung dÞch 40%?

LÊy 20 phÇn dung dÞch 50% vµ 10 phÇn dung dÞch 20% ®Ópha thµnh dung dÞch 40%. 1 phÇn dung dÞch =80/3 ml ~26,7ml Do ®ã cÇn lÊy: 26,7ml dung dÞch 20% vµ 53,3 ml dung dÞch 50%. BT: * NaOH kü thuËt chøa 12% t¹p chÊt, ® Ópha dung dÞch NaOH 30%, hái ph¶i dï ng tû lÖNaOH kü thuËt vµ n­ í c nh­ thÕnµo ® Ópha chÕdung dÞch trªn? * CÇn ph¶i dï ng bao nhiªu lit H2SO4 cã tû träng 1,84 vµ bao nhiªu lÝt n­ í c ® Ópha 10 lit axit trªn cã tû träng 1,28? BiÕt tû träng cña n­ í c lµ 1. 15

2-3- Ho ¹ t ®é Ho¹t ® é a cña mét chÊt ®­î c x¸c ® Þnh b»ng hÖthøc: a =f.C Trong ® ã: C lµ nång ® é cña ion; f lµ hÖsè ho¹t ® é. § ¹i l­ î ng f phô thuéc vµo lùc ion µ cña dung dÞch. µ biÓu thÞt­ ¬ng t¸c tÜnh ® iÖn gi÷a c¸c ion trong dung dÞch.

16

2-4- Nå ng ®é ba n ®Çu v µ nå ng ®é c ©n b» ng. § èi ví i chÊt tan, khi hßa tan vµo n­ í c bÞph© n ly th×nång ®é cña c¸c ion t¹o ra khi dung dÞch ë tr¹ng th¸i c© n b»ng gäi lµ nång ®é c© n b»ng. Nång ®é ban ®Çu cña chÊt tan b»ng tæng nång ® é chÊt ®ã ®· bÞph© n ly vµ nång ®é c© n b»ng. Nång ® é c© n b»ng th­ êng ®­î c ký hiÖu trong ngoÆ c vu«ng [ ]. VÝ dô: HCl ph© n ly hoµn toµn trong n­ í c nªn nång ®é c© n b»ng cña HCl [HCl]=0 vµ nång ®é ban ® Çu cña HCl CHCl=[Cl-] Trong dung dÞch CH3COOH do CH3COOH ph© n ly mét phÇn CH3COOH ⇄ CH3COO- +H+ nªn nång ® é ban ®Çu cña CH3COOH lµ CCH3COOH =[CH3COOH] +[CH3COO-]

17

Ch­ ¬ng III Axit vµ baz¬ - Ph¶n øng t r ao ®æi pr ot on I- § Þnh nghÜa.

Theo thuyÕt Brãnted - Lowry th×axit lµ c¸c chÊt cã kh¶ n¨ng nh­ êng proton, baz¬ lµ c¸c chÊt cã kh¶ n¨ng nhËn proton tõ chÊt kh¸c. Do ® ã, Axit ⇔ baz¬+proton Hay A ⇔ B +H+ Theo thuyÕt Brãnted - Lowry th×n­ í c còng lµ chÊt l­ ì ng tÝnh v× : H2O ⇔ H+ +OHH2O +H+ ⇔ H3O+ VÝdô:

HCl =H+ +Cl(A)

(B)

NH4+ ⇄ H+ +NH3 (A)

(B)

18

Axit cã thÓ lµ nh÷ng ph© n tö trung hßa vÒ ® iÖn nh­ : HCl, H2SO4, HNO3,... cã thÓlµ cation Al3+, NH4+, C6H5NH+,... hoÆ c aninon nh­ HSO4-. Baz¬cã thÓlµ c¸c ph© n tö trung hßa vÒ®iÖn nh­ NaOH, KOH, NH3,... hoÆ cc ¸c anion nh­ : CO32-, Cl-,... Axit (A) vµ baz¬(B) t­ ¬ng øng ví i nã t¹o thµnh cÆ p axit - baz¬liªn hî p, ký hiÖu lµ: A/B. VÝdô: Axit

Baz¬

HCN

CN-

CH3COOH

CH3COO-

NH4+

NH3

C6H5NH+,

C6H5N

HCO3-

CO32-

Na+

NaOH

C¸c chÊt võa cã kh¶ n¨ng cho vµ nhËn proton lµ nh÷ng chÊt l­ ì ng tÝnh, nh­ : H2O, HCO3219

2-Dung m«i: Dùa vµo kh¶ n¨ng trao ® æi proton cña dung m«i ® Óph© n lo¹i dung m«i. -Dung m«i tr¬: lµ lo¹i dung m«i kh«ng tham gia qu¸ tr× nh trao ® æi proton nh­ : benzen, c¸c hidrocacbon láng. C¸c dung m«i nµy cã thÓlµm t¨ng hoÆ c gi¶m tÝnh axit, baz¬cña chÊt tan th«ng qua h»ng sè ® iÖn m«i cña chóng. -Dung m«i protolit lµ lo¹i dung m«i tham gia ® ­ î c vµo qu¸ tr× nh trao ® æi proton. Thuéc lo¹i dung m«i nµy cã thÓlµ axit (H2SO4, axit axetic b¨ng...) hoÆ c c¸c baz¬( NH3 láng, piridin,...) hoÆ c c¸c dung m«i l­ ì ng tÝnh ( H2O, r­ î u etylic,...) C¸c dung m«i protolit ® Òu tù ph© n ly: VÝdô:

2H2O ⇔ H3O+ +OH2CH3COOH ⇔ CH3COO- +CH3OOH2 2NH3 ⇄ NH4+ +NH220

3- H»ng sè axit , baz¬

-TÝch sè ion cña H2O. N­ í c lµ dung m«i võa lµ mét axit võa lµ mét baz¬. H2O +H2O ⇔ H3O+ +OHH»ng sè c© n b»ng cña ph¶n øng lµ: K=

[

][

. H 3O+ OH −

[ H O]

]

2

2

N­ í c ph© n li rÊt Ýt, v×vËy [H2O] ® ­ î c coi lµ h»ng sè, do ® ã: K. [H 2O]2 = k H O = [H 3O+ ] [OH - ] 2

k H O lµ tÝch sè ion cña n­ í c, lµ h»ng sè phô thuéc vµo 2

nhiÖt ® é, kh«ng phô thuéc vµo nång ® é cña c¸c ion H+ vµ OH-. ë 250C: k H O =10-14 → pk H O =log k H 2

2

2O

=14 21

-H»ng sè Ka, Kb. H»ng sè axit Ka lµ h»ng sè ph© n ly cña axit trong n­ í c. Nã biÓu thÞc­ êng ® é axit. Trong dung dÞch n­ í c cña mét axit A cã c© n b»ng: A +H2O ⇔ H3O+ +B Axit cµng m¹nh tøc lµ nh­ êng proton cho n­ í c cµng nhiÒu, tøc lµ h»ng sè c© n b»ng [ B]. H 3 O + K= cµng lí n. [ A ][ H 2 O ]

[

[H2O] cã thÓcoi lµ h»ng sè (=1000/18) →

]

[ B].[H 3 O + ] [ A]

=K a

(3-1)

K a cµng nhá th×axit cµng yÕu, K a cµng lí n th×axit cµng m¹nh. p K a =-log K a VÝ dô: axit axetic CH3COOH cã K a = 1,74.10-5, pK a = 4,76 m¹nh h¬n axit xianhydric HCN cã K a =6,2.10-10, p K a =9,21. § èi ví i axit m¹nh, ph© n li hoµn toµn trongn­ í c th×Ka coi nh­ b»ng +∞. 22

H»ng sè baz¬Kb: Trong dung dÞch n­ í c cña mét baz¬B cã c© n b»ng:

[ A ].[OH − ] Kb = [ B]

B +H2O ⇔ A +OH→

(3-2)

pK b =-logK b.

Baz¬cµng m¹nh, K b cµng lí n. VÝdô: NH3 cã pK b =4,75 lµ baz¬m¹nh h¬n hidrazin cã pK b =6,01 Nh÷ng baz¬m¹nh ph© n ly hoµn toµn, Kb coi nh­ +∞. Mèi quan hÖgi÷a Ka vµ Kb K a.K b =[H3O+] [OH-] =K H2O

Tõ (3-1); (3-2) ta cã:

ë 250C kH2O lµ 10-14; pkH2O =14, tøc lµ:

pKa +pKb =14

NH3 +H2O ⇔ NH4+ +OH-

VÝdô:

[ NH ].[OH ] = +

Kb

−

4

[ NH ]

=1,8 . 10-5; pK b =4,75.

3

[ NH ].[ H O ] = +

§ èi ví i cÆ p NH4+ /NH3 th× : Ka

[ NH ] 3

3 +

4

pK a =9,25; p K b =4,75

=10-9,25; 23

4-Ph­ ¬ng t r ×nh b¶o t o µn pr o t o n:

Ph­ ¬ng tr× nh b¶o toµn proton cña mét dung dÞch axit - baz¬ lµ ph­ ¬ng tr× nh biÓu diÔn sù trao ®æi proton cña c¸c axit baz¬ cã trong dung dÞch ®ã qua c¸c nång ®é c© n b»ng cña c¸c cÊu tö trong dung dÞch: sè mol proton c¸c axit cho lu«n b»ng sè mol proton c¸c baz¬nhËn. VÝ dô: dung dÞch HCl gåm cã HCl ví i nång ®é lµ C mol/l vµ n­ í c. Trong dung dÞch cã 2 axit lµ HCl vµ H2O, cã 1 baz¬lµ H2O. Trong dung dÞch x¶y ra c¸c qu¸ tr× nh sau: HCl +H2O ⇄ H3O+ +ClH2O +H2O ⇔ H3O+ +OHSè mol proton n­ í c nhËn b»ng sè mol proton n­ í c cho vµ HCl cho. Ph­ ¬ng tr× nh b¶o toµn proton: [H3O+] =[OH-] +[Cl-] =[OH-] +C 24

BT: * ViÕt ph­ ¬ng tr× nh c© n b»ng proton cho hçn hî p dung dÞch 2 axit HCl C1 M +CH3OOH C2 M. * ViÕt ph­ ¬ng tr× nh b¶o toµn proton cña dung dÞch NH3. * ViÕt ph­ ¬ng tr× nh b¶o toµn proton trong dung dÞch hçn hî p CH3COO- vµ CN-. * ViÕt ph­ ¬ng tr× nh b¶o toµn proton cña dung dÞch axit H3PO4. * ViÕt ph­ ¬ng tr× nh b¶o toµn proton cña dung dÞch ® a baz¬ CO32(s«® a Na2CO3) * ViÕt ph­ ¬ng tr× nh b¶o toµn proton cña dung dÞch: NH4CH3COO

25

5- C©n b»ng axit baz¬ t r o ng dung dÞc h n­ í c

5-1. pH cña n­ í c nguyªn chÊt. Trong n­ í c nguyªn chÊt: [H3O+] =[OH-] =10-7 mol/lit →

pH =-lg [H3O+] =7

Dung dÞch axit cã pH <7 vµ dung dÞch baz¬cã pH >7 5-2. pH cña dung dÞ ch axit m¹nh ® ¬n chøc. C¸c axit m¹nh ® Òu lµ ® ¬n axit nh­ : HCl, HNO3, HBr, HI, HSCN, HClO4,... trõ H2SO4 lµ ® a axit (K 2 cña H2SO4 =10-2) Gi¶ sö cã axit m¹nh HA nång ® é CA. Trong dung dÞch cã 2 qu¸ tr× nh: HA → H+ +A -

(1)

H2O ⇄ H+ +OH-

(2)

Ph­ ¬ng tr× nh b¶o toµn proton cña dung dÞch lµ: [H+] =[A -] +[OH-]

(3)

§© y còng lµ ph­ ¬ng tr× nh trung hßa ® iÖn: trong dung dÞch bÊt kú tæ ng ® iÖn tÝch d­ ¬ng lu«n b»ng tæ ng ® iÖn tÝch © m. -

-

+

Thay [A ] =CA vµ [OH ] =kH2O/[H ] ta cã:

[H ] = C +

A

+

kH O

[H ] 2

+

→

[H+]2 - CA[H+] - kH2O =0 §© y lµ ph­ ¬ng tr× nh tæ ng qu¸t ® ÓtÝnh nång ® é c© n b»ng ion H+ cña dung dÞch ® ¬n axit m¹nh bÊt kú.

26

[H+]2 - CA[H+] - kH2O =0 a- NÕu CA ≥ 10-6M cã thÓbá qua [OH-] trong ph­ ¬ng tr× nh (3), nãi c¸ch kh¸c: bá qua sù ph© n ly cña n­ í c. Khi ® ã: [H+] =CA → pH =-lg[H+] =-lgCA VÝdô: TÝnh pH cña axit HCl nång ® é 10-6M, 10-7M, 10-8M *pH cña axit HCl nång ® é 10-6M, pH =-lgCA =- lg 10-6 → pH =6 *pH cña axit HCl nång ® é 10-7M, [H+]2 - CA[H+] - kH2O =0 → [H+]2 - 10-7[H+] - 10-14 =0 → [H+] =1,26.10-7M →

pH=6,79

*pH cña axit HCl nång ® é 10-8M, [H+]2 - CA[H+] - kH2O =0 → [H+]2 - 10-8[H+] - 10-14 =0 → [H+] =10-6,91 →

pH=6,91

b- NÕu CA nhá h¬n 10-8M th×cã thÓbá qua CA c¹nh [H+] ë ph­ ¬ng tr× nh tæ ng qu¸t, khi ® ã pH =7, nghÜa lµ nång ® é axit kh«ng ® ¸ng kÓso ví i sù ph© n li cña n­ í c. BT:

1- TÝnh pH cña dung dÞch H2SO4 0,0002M 2-TÝnh pH cña dung dÞch HCl 1,8.10-7M. (§ S: 6,65)

27

5-3. pH cña dung dÞch ® ¬n baz¬m¹nh. Baz¬m¹nh nh­ : KOH, NaOH,... Trong dung dÞch, baz¬m¹nh cã c¸c c© n b»ng: BOH ⇔ B+ + OHH2O ⇄ H+ +OH-

(3-1) (3-2)

Ph­ ¬ng tr× nh b¶o toµn proton cña dung dÞch lµ: →

Cã:

[H+] +[B+] =[OH-]

(3-3)

[H+]2 + CB[H+] - kH2O =0

(3-4)

§© y lµ ph­ ¬ng tr× nh tæng qu¸t ® ÓtÝnh nång ® é ion H+ trong bÊt kú dung dÞch baz¬m¹nh ® ¬n chøc nµo. 28

[H+]2 + CB[H+] - kH2O =0 §© y lµ ph­ ¬ng tr× nh tæng qu¸t ®ÓtÝnh nång ®é ion H+ trong bÊt kú dung dÞch baz¬m¹nh ®¬n chøc nµo. -T­ ¬ng tù tr­ êng hî p axit m¹nh, nÕu nång ®é baz¬ CB ≥ 10-6M th×bá qua sù ph© n li cña n­ í c. Khi ®ã: [OH-] =CB → pH =pkH2O +lgCB -NÕu CB ~10-7 th×gi¶i ph­ ¬ng tr× nh tæng qu¸t (3-4) ®ÓtÝnh [H+]. -NÕu CB nhá h¬n 10-8M th×ta cã pH =7. VÝdô: TÝnh pH cña 1 baz¬cã CB =10-5M pH =14 +lg10-5 =14 - 5 =9 BT: TÝnh pH dung dÞch kiÒm cã nång ®é 10-7M, 10-8M (§ S: [H+] =6,28.10-8 → pH=7,21), (§ S: [H+] =9,5.10-8 → pH=7,02) 29

5-4. pH cña dung dÞch ®¬n axit yÕu. Trong dung dÞch axit yÕu HA nång ®é CA cã c¸c c© n b»ng sau: HA → H+ +A (4-1) H2O ⇄ H+ +OHPh­ ¬ng tr× nh b¶o toµn proton cña dung dÞch lµ: [H+] =[A -] +[OH-] Ph­ ¬ng tr× nh b¶o toµn khèi l­ î ng ví i HA: [HA +] +[A -] =CA Ph­ ¬ng tr× nh h»ng sè axit cña axit HA: Ka

[ H ].[ A ] = +

tõ c¸c ph­ ¬ng tr× nh trªn ta cã:

[H ] = K +

a

.

−

(4-3) (4-4) (4-5)

[ HA ]

[ ] [ ] [H ] − [OH ]

C A − H + + OH − +

(4-2)

−

(4-6)

Ph­ ¬ng tr× nh (4-6) lµ ph­ ¬ng tr× nh tæng qu¸t ®ÓtÝnh [H+] cña dung dÞch axit yÕu bÊt kú.

30

[H ] = K +

a

.

[ ] [ ] [H ] − [OH ]

C A − H + + OH − +

−

(4-6)

Tr­ êng hî p ®Æ c biÖt: -NÕu axit kh«ng qu¸ yÕu vµ nång ®é kh«ng qu¸ lo· ng [OH-] << [H+] sao cho: K a.CA >> K H2O vµ CA.[H3O+] >>K H2O th× cã thÓbá qua sù ph© n li cña n­ í c:

[H ] = K

a

[H ] =

Ka

+

hay:

+

.

[ ] [H ] (C − [ H ]

CA − H + +

+

A

-NÕu [H+] <
[H+]2 =K a.CA → [H+] = K a .C A pH =

1 1 pK a − lgC A 2 2

31

Bµi tËp: Lý thuyÕt. H»ng sè axit K A vµ nång ®é CA cña axit yÕu HA ph¶i nh­ thÕnµo ®Ócã thÓtÝnh nång ®é c© n b»ng cña H+ b»ng c«ng thøc ®¬n gi¶n. [ H + ] = K A C A Bµi gi¶i: Trong dung dÞch axit yÕu HA nång ®é CA cã c¸c c© n b»ng sau: HA → H+ +AH2O ⇄ H+ +OHPh­ ¬ng tr× nh b¶o toµn proton cña dung dÞch lµ: [H+] =[A -] +[OH-] (a) Ph­ ¬ng tr× nh ®Çy ®ñ ®ÓtÝnh pH cña dung dÞch axit HA lµ:

[H ] = K +

. a

[ ] [ ] [H ] − [OH ]

C A − H + + OH − +

−

[ ]

+ Khi tÝnh [H+] theo c«ng thøc ®¬n gi¶n H =

K A C A cã nghÜa lµ ®·

®i tõ ph­ ¬ng tr× nh (a) bá qua [OH-] c¹nh [A -] vµ tõ K A c¹nh [H+], tøc lµ ®· coi: [OH-] ≤ 10-2 [A -] (b) K A ≤ 10-2 [H+] (c) § iÒu kiÖn ®ÓK A; CA tháa m· n ®iÒu kiÖn (c) 2 CA C − 10 .K A 2 2 A 10 K A = 2 → 10 K A = K A . 2 10 10 .K A 32 VËy, ®iÒu kiÖn (c) tháa m· n khi:

Chó ý: Khi ph© n tÝch pH cña dung dÞch, th«ng th­ êng ng­ êi ta b¾ t® Çu tõ c«ng thøc ® ¬n gi¶n, sau ® ã so s¸nh kÕt qu¶ tÝnh toµn ví i c¸c ®iÒu kiÖn ¸p dông cña c«ng thøc ®ã. NÕu kÕt qu¶ tÝnh to¸n tháa m· n th×chÊp nhËn ® ­ î c, nÕu kh«ng, cÇn ¸p dông c«ng thøc cã ® é chÝnh x¸c cao h¬n.

33

VÝdô: 1- TÝnh pH cña dung dÞch axit axetic CH3COOH 0,1M. BiÕt pKa cña axit = 4,75. Tõ c«ng thøc pH =

1 1 pK a − lgC A cã: pH =2,87 2 2

2- TÝnh pH cña dung dÞch axit axetic CH3COOH 10-2M. BiÕt Ka cña axit = 1,75. 10-5. ¸ p dông c«ng thøc: [H+] = K a .C A ta cã: [H+] =4,18.10-4; pH =3,38 3- TÝnh pH cña dung dÞch HF 10-3M cã Ka = 6,75.10-4. ¸ p dông c«ng thøc: [H+] = K a .C A ta cã: [H+] =8,21.10-4 pH = 3,09 → kh«ng phï hî p v×CA kh«ng lí n h¬n [H+] nhiÒu → ¸p dông c«ng thøc:

[H ] = K +

. a

[ ] [H ]

CA − H + +

gi¶i ra ® ­ î c [H+] =5,5.10-4 → pH =3,25

§ èi chiÕu ví i ® iÒu kiÖn trªn, kÕt qu¶ nµy lµ hî p lý. 4- TÝnh pH cña dung dÞch muèi amoni NH4+ 0,1M. BiÕt NH3 cã pKb = 4,75. NH4+ lµ axit liªn hî p cña NH3: →

K NH + = 4

kH O 2

K NH

3

10−14 = − 4,75 = 10−9,25 10

→

NH4+ + H2O ⇄ H3O+ +NH3 pH =0,5 x 9,25 - 0,5lg0,1 =5,13

5-TÝnh nång ® é [S-2] trong dung dÞch n­ í c b· o hßa H2S ë 250C, pH=1. BiÕt ®é hßa tan cña H2S ë nhiÖt ®é trªn lµ 0,1mol/lit. (§ S:1,08.10-21mol/lit). 34

5-5. pH cña dung dÞch ® ¬n baz¬yÕu. Hßa tan mét baz¬yÕu B vµo n­ í c, trong dung dÞch cã 2 c© n b»ng: B +H2O ⇔ BH+ + OH(5-1) 2H2O ⇄ H3O+ +OH(5-2) ThiÕt lËp biÓu thøc tÝnh nång ® é c© n b»ng cña c¸c cÊu tö theo c¸c ph­ ¬ng tr× nh: -Ph­ ¬ng tr× nh b¶o toµn proton: [OH-] =[B H+} +[H+] -Ph­ ¬ng tr× nh b¶o toµn khèi l­ î ng ®èi ví i B: [B] + [B H+] +CB -Ph­ ¬ng tr× nh cña h»ng sè baz¬: Kb

[OH ][. BH ] = −

+

[ B]

Tõ c¸c ph­ ¬ng tr× nh trªn rót ra ® ­ î c: [OH-]3 +K b [OH-]2 - (K b CB +kH2O). [OH-] - K b.kH2O =0 §© y lµ ph­ ¬ng tr× nh tæng qu¸t ®èi ví i OH-. 35

Kb

[OH ].[BH ] = −

+

[OH-]2 - K b [OH-] - K b.CB =0

[ B]

-Khi K b .CB>>kH2O vµ CB [OH-], ta cã: -Khi CB >>[OH-], cã: →

[OH ] = −

[

]

K b (C B − OH − )

[OH-] = K b .C B

pOH =1/2(pK b - lgCB) hay pH =14- pOH

hay

pH =7 +0,5 p K a +0,5 log CB

VÝdô: 1- TÝnh pH cña dung dÞch CH3COONa 0,05M Gi¶i: ¸p dông c«ng thøc [OH-] = K b .C B

[OH ] = −

→

K b .C B =

KH O 2

Ka

10−14 .C B = .5.10−2 = 5,01.10 − 6 − 4,75 10

pOH =-lg[OH-] =5,3

→

pH =14 - 5,3 =8,7

2- TÝnh pH cña dung dÞch NH3 cã nång ® é 10-4M vµ K b =1,78. 10-5. Gi¶i: [OH-] =(1,78. 10-5 . 10-4)1/2 =10-4,37 → kÕt qu¶ kh«ng hî p lý, ph¶i sö dông c«ng thøc: [OH − ] = K b (C B − [OH − ] . TÝnh ra ® ­ î c: [OH-] =10-4,53

→

pH =14 - lg10-4,53 =9,47

36

BT: 1- TÝnh pH cña dung dÞch NH3 cã nång ®é 0,1M vµ pK b =4,6. § S: pOH =4,26 vµ pH =9,94 2- TÝnh pH cña dung dÞch CN- 0,01M, biÕt HCN cã pK a =9,21 § S: pOH =3,4;

pH =10,6

37

5-6. pH cña dung dÞch ®a axit. § a axit lµ axit mµ ph© n tö ph© n ly lÇn l­ î t theo nhiÒu nÊc, øng ví i mçi nÊc cã mét h»ng sè axit riªng. Cã thÓcoi dung dÞch ®a axit nh­ dung dÞch cña mét hèn hî p c¸c axit yÕu cã nång ®é b»ng nhau vµ h»ng sè axit kh¸c nhau. VÝdô: H3PO4. H3PO4 = H+ + H2PO4-

K1=7,6.10-3

H2PO4- = H+ +HPO42-

K2 = 6,2.10-8

H3PO4 = H+ +PO43-

K 3 =4,2. 10-13

Gi¶ sö cã axit HnA. Trong dung dÞch cã c¸c c© n b»ng, biÓu diÔn d­ í i d¹ng ®¬n gi¶n nÊc 1: HnA ⇔ H+ +Hn-1A -

øng ví i h»ng sè axit K 1

nÊc 2: Hn-1A ⇔ H+ +Hn-2A 2- øng ví i h»ng sè axit K 2 ---------------------------------------------------------------------nÊc n: HA n-1 ⇔ H+ +HA n-

øng ví i h»ng sè axit K n

NÕu K 1 lí n h¬n nhiÒu so ví i K 2, K3,... K n th×cã thÓcoi axit chØph© n ly theo nÊc 1 vµ ®ÓtÝnh pH ta trë l¹i tr­ êng hî p cña axit yÕu. pH =0,5 (p K1 - log CA) 38

VÝdô: TÝnh pH cña dung dÞch axit H3PO4 0,1M. BiÕt: K1=7,6.10-3; K2 = 6,2.10-8; K 3 =4,2. 10-13 Gi¶i: K 1 >>K 2 vµ K 3 nªn trong thùc tÕtrong dung dÞch chØ cã mét c© n b»ng H3PO4 = H+ + H2PO4-

K1=7,6.10-3

→ ¸p dông c«ng thøc tÝnh pH cña axit yÕu: [H+] = K a .C A =10-1,57 →

pH =1,57

KÕt qu¶ nµy chÊp nhËn ®­î c v× : [H+] <
39

5-7. pH cña dung dÞch ® a baz¬. Trong dung dÞch ®a baz¬cã nhiÒu c© n b»ng. VÝdô baz¬cã 2 nÊc: B + H2O ⇄ B H+ + OH-

cã K 1

B H+ + H2O ⇄ BH22+ + OH-

[BH ].[OH ] = +

−

B

K2

[ BH ].[OH ] = [BH ] 2+ 2

−

+

H2O ⇄ H+ + OHTh«ng th­ êng c¸c ®a baz¬còng cã K 1>>K 2 nªn cã thÓcoi baz¬chØ ph© n ly theo mét nÊc, khi ® ã tÝnh pH nh­ tr­ êng hî p cña mét ®¬n baz¬yÕu. hay

pOH =1/2(pK b - lgCB) vµ pH =14 - pOH pH =7 +0,5 p K a +0,5 log CB 40

VÝdô: TÝnh pH cña dung dÞch Na2CO3 0,1M, biÕt K 1 =4,3.10-7 vµ K 2 =4,8.10-11. Gi¶i: Trong dung dÞch Na2CO3 ph© n li hoµn toµn. Na2CO3 =2Na+ +CO32ion CO32- trong dung dÞch cã c¸c c© n b»ng: CO32- + H2O = HCO3- + OH-

K 1 =4,3.10-7

HCO3- + H2O = H2CO3 +OH-

K 2 =4,8.10-11.

K 1 >>K 2 → bá qua nÊc 2, pH ® ­ î c tÝnh:

[OH-] = K b .C B

→ [OH-] =10-2,34 → pOH =2,34; pH =11,66 41

5-7. pH cña dung dÞch l­ ì ng tÝnh. C¸c chÊt nh­ : NaHCO3, Na2HPO4... trong dung dÞch ph© n ly thµnh c¸c ion HCO3-, HPO42-... C¸c ion nµy ®Òu lµ c¸c chÊt l­ ì ng tÝnh. XÐt tr­ êng hî p tæng qu¸t, dung dÞch NaHA lµ muèi cña axit H2A... HA - ⇔ H+ +A 2(1) HA - + H+ ⇔ H2A (2) H2O ⇔ H+ + OH(3) Do ®ã ,[H+] =[A 2-] +[OH-] - [H2A] Gäi h»ng sè ph© n li cña H2A lµ K 1, K 2 øng ví i c¸c nÊc ph© n li cña nã ta cã: H + . HA − H + . HA − K1= → [H2A] = [H 2 A] K1

[ ][

K2 Do ®ã:

]

[ ][

]

[H ][. A ] → [A ] = K .[HA ] = [H ] [HA ] [H ] = K [.H[HA] ] + [KH ] + [H ][K. HA ] +

2−

−

2-

2

+

−

+

−

2

+

+

−

w +

1

Tr­ êng hî p cã thÓcoi c¸c qu¸ tr× nh (1), (2), (3) ®Òu rÊt yÕu th×[HA -] =C0 lµ nång ® é chÊt ban ®Çu cña NaHA. 42

pH cña dung dÞch chÊt l­ ì ng tÝnh ® ­ î c tÝnh:

[H ] = +

K 1 .K 2 .C 0 + K 1 .K 2 K1 + C 0

NÕu C0 » K 1 vµ K 2C0 » K w th× : vµ pH =

[H+]= K 1 K 2 pK 1 − pK 2 2

VÝdô: TÝnh pH cña dung dÞch muèi NaH2PO4 cã nång ® é 0,1M vµ K 1=10-2,15; K 2=10-7,2; K 3=10-12,38 Gi¶i: ¸p dông c«ng thøc:

[H+]= K 1 K 2 ta cã:

[H+]= K 1K 2 = 10−2,15.10−7,2 = 10−4,67

→ pH =4,67 43

Bµi tËp: 1-TÝnh pH cña dung dÞch H2SO4 0,0002M. 2-TÝnh pH cña dung dÞch KOH 0,001M 3-TÝnh pH cña dung dÞch phenol 0,1M cã K a=1,4.10-10 4-TÝnh pH cña dung dÞch H2C2O4 0,01M. BiÕt K 1 =3,8.10-2, K 2=5.10-5. 5.TÝnh pH cña dung dÞch HCl 1,8.10-7M 6.TÝnh pH dung dÞch axit axetic CH3COOH 10-4M, biÕt K a=1,8.10-5 7.TÝnh pH cña dung dÞch H2CO3 0,01M biÕt K 1+3,8.10-2 vµ K 2=5.10-5

44

PhÇn II: C¸ c ph­ ¬ng ph¸ p ph©n t Ýc h ®Þnh l ­ î ng hãa häc

* ----------------------

----------------------

Ch­ ¬ng I: P h ­ ¬n g p h ¸ p t h Ó t Ýc h . I- Nh÷ng nguyªn t ¾c c hung:

Ph­ ¬ng ph¸p chuÈn ®é dùa trªn ph¶n øng hãa häc. A +B =C X¸c ®Þnh nång ®é chÊt A, ng­ êi ta dï ng chÊt B ®· biÕt nång ®é gäi lµ dung dÞch chuÈn ®Ó ph¶n øng ví i chÊt A. A vµ B ®Òu lµ dung dÞch. B ®­î c ®ùng trong buret, nhá giät tõ tõ vµo dung dÞch chøa chÊt ph© n tÝch A. Qu¸ tr× nh ®ã gäi lµ qu¸ tr× nh ®Þnh ph© n (hay chuÈn ®é). Thêi ®iÓm B võa ®ñ t¸c dông hÕt ví i A gäi lµ ®iÓm t­ ¬ng ®­¬ng. Theo dâi qu¸ tr× nh ph¶n øng cho ®Õn khi biÕt B võa t¸c dông hÕt ví i A th×ngõng l¹i. § ÓbiÕt khi nµo ph¶n øng kÕt thóc ph¶i dùa vµo sù ®æi mµu cña chÊt chØthÞ. Thêi ®iÓm ®æi mµu cña chÊt chØ thÞ ®­î c gäi lµ ®iÓm kÕt thóc qu¸ tr× nh ®Þnh ph© n. § iÓm kÕt thóc qóa tr× nh ®Þnh ph© n cã thÓtrï ng hoÆc kh«ng trï ng ví i ®iÓm t­ ¬ng ®­¬ng. C¨n cø vµo thÓtÝch dung dÞch A, thÓtÝch vµ nång ®é dung dÞch B, cã thÓt× m ®­î c nång ®é dung dÞch A b»ng c¸c phÐp tÝnh cña ®Þnh luËt ®­¬ng l­ î ng. § Óqu¸ tr× nh ®Þnh ph© n cho kÕt qu¶ chÝnh x¸c, cÇn x¸c ®Þnh chÝnh x¸c ®iÓm t­ ¬ng ®­¬ng. 45

II- Nh÷ng ph¶n øng ®­ î c dï ng t r ong ph­ ¬ng ph¸ p ph©n t Ýc h t hÓ t Ýc h c huÈn ®é

1- Ph© n lo¹i ph¶n øng: -Ph¶n øng axit - baz¬. - Ph¶n øng oxy hãa khö - Ph¶n øng t¹o kÕt tña. - Ph¶n øng t¹o phøc chÊt. Dùa vµo c¸c ph¶n øng dï ng trong ph­ ¬ng ph¸p ® Þnh ph© n, cã thÓchia ph­ ¬ng ph¸p thÓtÝch thµnh 4 lo¹i: a-ph­ ¬ng ph¸p trung hßa: dùa vµo c¸c ph¶n øng gi÷a c¸c axit vµ baz¬dï ng ®Ó x¸c ®Þnh nång ® é cña c¸c axit vµ baz¬. b-ph­ ¬ng ph¸p oxy hãa khö: dùa vµo c¸c ph¶n øng oxy hãa khö. c-ph­ ¬ng ph¸p kÕt tña: dùa vµo c¸c ph¶n øng t¹o kÕt tña, Ýt tan. d-ph­ ¬ng ph¸p t¹o phøc: dùa vµo c¸c ph¶n øng t¹o phøc v« c¬hay h÷u c¬. 46

2- Yªu cÇu ph¶n øng: C¸c ph¶n øng dï ng trong ph© n tÝch thÓtÝch ph¶i ®¸p øng c¸c yªu cÇu: -Ph¶n øng x¶y ra theo mét ph­ ¬ng tr× nh ph¶n øng hãa häc x¸c ®Þnh, kh«ng cã ph¶n øng phô g© y nªn sai sè cho phÐp x¸c ® Þnh. -Ph¶n øng ph¶i x¶y ra hoµn toµn, nghÜa lµ h»ng sè c© n b»ng cña ph¶n øng ph¶i ® ñ lí n. Tèc ® é ph¶n øng ph¶i lí n. -Ph¶i cã kh¶ n¨ng x¸c ® Þnh ® ­î c® iÓm t­ ¬ng ® ­ ¬ng. 3- Dung dÞch chuÈn. Nång ®é dung dÞch chuÈn ph¶i chÝnh x¸c. Dung dÞch chuÈn ® ­ î c chuÈn bÞ b»ng hai c¸ch: -C© n chÝnh x¸c l­ î ng hãa chÊt ®­î c chän ® Ópha chÕdung dÞch chuÈn, sau ® ã hßa tan nã vµ pha thµnh dung dÞch cã thÓtÝch chÝnh x¸c. -C© n chÝnh x¸c hãa chÊt ® ­ î c chän sau ® ã pha chÕnã thµnh dung dÞch. Dung dÞch nµy ® Óx¸c ® Þnh nång ® é cña dung dÞch chuÈn. Hãa chÊt ® ­ î c dï ng ® ÓchuÈn bÞdung dÞch chuÈn ® Çu tiªn ph¶i lµ nh÷ng hãa chÊt cã ®é tinh khiÕt cao, cã c«ng thøc hãa häc x¸c ® Þnh vµ bÒn v÷ng trong ® iÒu kiÖn b¶o qu¶n b× nh th­ êng. Hãa chÊt nµy cã ph© n tö l­ î ng cµng lí n cµng tèt v×sÏ lµm sai sè t­ ¬ng ® èi cña phÐp c© n. 47

III- ®­ êng ®Þnh ph©n t r ong ph­ ¬ng ph¸ p ph©n t Ýc h t hÓ t Ýc h.

Khi cho 2 chÊt A vµ B t¸c dông ví i nhau, cã thÓnhËn biÕt khi hai chÊt t¸c dông võa hÕt qua c¸c dÊu hiÖu: ® æi mµu cña chÊt chØthÞ, sù lÖch kim ® iÖn kÕ, sù t¨ng, gi¶m cña ® é hÊp thô ¸nh s¸ng cña dung dÞch,... Gi¶ sö ® Þnh ph© n dung dÞch chÊt A b»ng dung dÞch chÊt B, theo ph¶n øng: A +B =C Khi cho dung dÞch B tõ tõ vµo dung dÞch A, nång ® é chÊt tham gia ph¶n øng A vµ s¶n phÈm C thay ®æi. Nång ® é chÊt C cµng ngµy cµng lí n vµ nång ®é chÊt A cµng ngµy cµng gi¶m. Khi cho ® ñ l­ î ng chÊt B ®ÓchÊt A võa hÕt vµ l­ î ng C lµ cùc ® ¹i, nÕu tiÕp tôc thªm chÊt B th×nång ® é chÊt B trong dung dÞch cµng ngµy cµng t¨ng, trong khi ® ã nång ® é chÊt A vµ C kh«ng ® æi. § ­ êng biÓu diÔn sù thay ® æi nång ® é cña chÊt A theo l­ î ng chÊt chuÈn B gäi lµ ® ­ êng ® Þnh ph© n hay ® ­ êng chuÈn ® é. § iÓm mµ t¹i ®ã B t¸c dông võa ® ñ ví i A, hay nång ® é C lµ cùc ® ¹i gäi lµ ® iÓm t­ ¬ng ® ­ ¬ng. § ­ êng ® Þnh ph© n cã d¹ng ® Æ c tr­ ng cho tõng tr­ êng hî p ® Þnh ph© n kh¸c nhau, trªn ® ã øng ví i ® iÓm t­ ¬ng ® ­ ¬ng nång ® é [A] cã mét gi¸ trÞx¸c ® Þnh. 48

VÏ ® ­ êng ® Þnh ph© n theo 2 d¹ng: -BiÓu diÔn biÕn thiªn nång ® é cña A hoÆ c B, hoÆ c C theo l­ î ng chÊt chuÈn ® ­ a vµo. (mmol A - mmol B) -BiÓu diÔn sù biÕn thiªn cña logA hoÆ c logB theo l­ î ng chÊt ® ­ a vµo. VÝdô: logA - V ml (B) (pH - ml B). Trªn ® å thÞbiÓu diÔn sù biÕn thiªn cña logA theo l­ î ng chÊt chuÈn ® é cã sù thay ® æ i® ét ngét vÒgi¸ trÞlogA khi thªm mét l­ î ng nhá chÊt chuÈn B. Sù thay ® æ i nµy gäi lµ b­ í c nh¶y. § iÓm t­ ¬ng ® ­ ¬ng n»m trong b­ í c nh¶y. Ph¶n øng dï ng trong phÐp chuÈn ® é cã h»ng sè c© n b»ng cµng lí n th×b­ í c nh¶y cµng râ vµ ® é chÝnh x¸c cña ph­ ¬ng ph¸p ph© n tÝch chuÈn ® é cµng cao. X¸c ® Þnh ® iÓmt­ ¬ng ® ­ ¬ng nhê chÊt chØthÞ. § Óx¸c ® Þnh ® iÓm t­ ¬ng ® ­ ¬ng b»ng chÊt chØthÞ, trong tõng tr­ êng hî p ta ph¶i tiÕn hµnh theo c¸c b­ í c sau: -Kh¶o s¸t d¹ng ® ­ êng ® Þnh ph© n: ví i c¸c gi¶ thiÕt biÕt tr­ í c nång ® é c¸c chÊt t¸c dông, kh¶o s¸t sù biÕn thiªn nång ® é c¸c chÊt tham gia ph¶n øng. Tõ ® ã nhËn xÐt ® Æ c® iÓm cña d¹ng ® ­ êng ® Þnh ph© n, x¸c ® Þnh nång ® é cña c¸c chÊt øng ví i ® iÓm t­ ¬ng ® ­ ¬ng. -Chän chÊt chØthÞsao cho sù ® æ i mµu cña nã x¶y ra ® óng lóc nång ® é c¸c 49 chÊt t¸c dông trong dung dÞch cã gi¸ trÞøng ví i ® iÓm t­ ¬ng ® ­ ¬ng.

Ch­ ¬ng II: ®Þn h p h ©n t h e o p h ­ ¬n g p h ¸ p t r u n g h ß a (ph­ ¬ng ph¸ p c huÈn ®é axit baz¬) Ph­ ¬ng ph¸p chuÈn ®é axit baz¬dùa trªn ph¶n øng: A X(1) +Baz¬(2) ⇄ Baz¬(1) +A X(2) Trong ph­ ¬ng ph¸p nµy ®Ó x¸c ® Þnh nång ®é cña baz¬, ng­ êi ta dï ng chÊt chuÈn lµ axit m¹nh, ®Óx¸c ® Þnh nång ®é axit ng­ êi ta dï ng chÊt chuÈn lµ baz¬m¹nh. Trong ph­ ¬ng ph¸p chuÈn ® é axit baz¬ ®Ó x¸c ®Þnh ® iÓm t­ ¬ng ®­¬ng dï ng chÊt chØthÞ, ng­ êi ta vÏ ®­êng ® Þnh ph© n theo sù biÕn ®æi ® é pH cña dung dÞch theo l­ î ng dung dÞch chuÈn thªm vµo. Dùa trªn c¬së ®ã ®Ólùa chän chÊt chØthÞthÝch hî cho phÐp ph© n tÝch.

50

I- ChÊt c hØt hÞaxit - baz¬.

1-B¶n chÊt cña chÊt chØthÞ. C¸c chØthÞaxit - baz¬phÇn lí n lµ c¸c phÈm nhuém h÷u c¬. Chóng lµ c¸c axit hay baz¬h÷u c¬yÕu cã kh¶ n¨ng thay ®æi mµu theo pH cña dung dÞch. B¶n chÊt thay ® æi mµu cña chÊt chØthÞtheo pH lµ do sù thay ® æi cÊu tróc ph© n tö hoÆ c ion cña chÊt chØthÞ. Ta ký hiÖu chÊt chØthÞaxit HInd, chÊt chØthÞbaz¬IndOH. Trong n­ í c c¸c chÊt chØthÞph© n li: HInd ⇔ H+ +Ind-

(a)

IndOH ⇔ Ind+ +OH-

(b)

Khi pH thay ®æi th×c¸c c© n b»ng (a) vµ (b) chuyÓn dÞch sang ph¶i hoÆ c sang tr¸i. ChÊt chØthÞsÏ tån t¹i chñ yÕu d­ í i mét trong hai d¹ng liªn hî p nªn dung dÞch cã mµu cña d¹ng nµo tån t¹i chñ yÕu trong dung dÞch. VÝdô: nÕu chÊt chØthÞlµ HInd th×khi thªm axit vµo dung dÞch cña nã, c© n b»ng (a) sÏ chuyÓn vÒphÝa tr¸i, dung dÞch sÏ cã mµu cña d¹ng axit HInd. NÕu cho thªm kiÒm vµo dung dÞch, c© n b»ng (a) sÏ chuyÓn vÒphÝa ph¶i, khi ® ã dung dÞch mang mµu cña d¹ng Ind- (metyl da cam). 51

2- C© n b»ng chuyÓn mµu. XÐt chÊt chØthÞaxit h÷u c¬yÕu HInd.

K aHInd

HInd ⇔ H+ +Ind-

[H ][ Ind ] = +

−

(a)

gäi lµ h»ng sè c© n b»ng biÓu kiÕn cña cct.

HInd

] → pH = pK aHInd − log [ HInd −

[ Ind ]

[ HInd]

Tû sè:

quyÕt ® Þnh mµu cña dung dÞch

[ Ind ] −

Kho¶ng ® æi mµu cña chØthÞ:

] M¾ t ta th­ êng chØph© n biÖt ® ­ î c sù ® æi mµu cña chÊt chØthÞkhi tû lÖ [ HInd −

[ Ind ]

trong kho¶ng 10-1 - 10. N, khi nång ® é cña d¹ng axit chªnh lÖch ví i nång ®é baz¬ kho¶ng 10 lÇn th×ta chØnh× n thÊy ® ­ î c mµu cña d¹ng cã nång ®é lí n.

[ HInd] =

[ Ind ] −

1 [ HInd] vµ = 10 − 10 Ind

[

]

→

pH =pK a HInd ± 1 52

ChÊt chØthÞgåm: chÊt chØthÞ2 mµu vµ chÊt chØthÞmét mµu. § èi ví i chÊt chØthÞ mét mµu, tøc lµ chØmét trong 2 d¹ng axit hoÆ c baz¬liªn hî p cã mµu. NÕu chÊt chØthÞlo¹i HInd mµ HInd kh«ng mµu th×mµu cña dung dÞch sÏ do nång ®é d¹ng cã mµu Ind- quyÕt ®Þnh. NÕu C lµ nång ®é cña Ind- cÇn ®¹t ®Õn ®ÓnhËn biÕt mµu cña nã, C0 lµ nång ®é ban ®Çu cña chÊt chØthÞth×pH cña dung dÞch t¹i ®ã mµu cña Ind- b¾ t ®Çu xuÊt hiÖn lµ: pH = pK aHInd − log

C0 − C C

Nh­ vËy, pH cña kho¶ng ®æi mµu phô thuéc vµo nång ®é cña chÊt chØthÞ. VD: trong dung dÞch phenolphtalein b· o hßa, mµu hång xuÊt hiÖn khi pH=8. nh­ ng khi pha lo· ng dung dÞch 10 lÇn th×mµu hång xuÊt hiÖn khi pH =9. 53

3- Chän chÊt chØthÞcho phÐp ® Þnh ph© n ChÊt chØthÞ ® ­ î c dï ng cho phÐp ® Þnh ph© n ph¶i ® æi mµu trong ph¹m vi b­ í c nh¶y cña ® ­ êng ® Þnh ph© n. Mét sè chÊt chØthÞquan träng nhÊt. Tªn th«ng dông Thimol xanh Metyl vµng Metyl da cam Bromcresol xanh Metyl ® á Bromcresol tÝa Bromthimol xanh Phenol ® á Cresol tÝa Phenolphtalein Thimolphtalein Alizarin vµng GG

Kho¶ng ® æi mµu 1,2 ÷ 2,8 2,9 ÷ 4,0 3,1 ÷ 4,4 3,8 ÷ 5,4 4,2 ÷ 6,3 5,2 ÷ 6,8 6,2 ÷ 7,6 6,8 ÷ 8,4 7,6 ÷ 9,2 8,3 ÷ 10,0 9,3 ÷ 10,5 10 ÷ 12

pKa 1,65 3,46 4,66 5,00 6,12 7,10 7,81

Mµu cña d¹ng axit-baz¬ § á - vµng § á - vµng § á - da cam Vµng - xanh § á - vµng Vµng - ® á tÝa Vµng - xanh Vµng - ® á Vµng - tÝa Kh«ng mµu - hång Kh«ng mµu - xanh 54 Kh«ng mµu - vµng

Tªn th«ng dông

C¸ch pha chÕ dung dÞch chØthÞ

Thimol xanh

1g trong 1 lit r­ î u etylic 90%

Metyl vµng

1g trong 1 lit r­ î u etylic 90%.

Metyl da cam

1g trong 1 lit H2O.

Bromcresol xanh

NghiÒn 100mg ví i 2,9 ml dung dÞch NaOH 0,05N, thªm H2O ®Õn 250 ml; 1g trong 1 lit r­ î u etylic 20%.

Metyl ®á

hßa tan 2g trong 1 lit r­ î u etylic 60%.

Bromcresol tÝa

NghiÒn 100mg ví i 3,7ml dung dÞch NaOH 0,05N, thªm H2O ®Õn 250 ml; 1g trong 1 lit r­ î u etylic 20%.

Bromthimol xanh

NghiÒn 100mg ví i 3,2 ml dung dÞch NaOH 0,05N, thªm H2O ®Õn 250 ml; 1g trong 1 lit r­ î u etylic 20%.

Phenol ®á

NghiÒn 100mg ví i 5,7 ml dung dÞch NaOH 0,05N, thªm H2O ®Õn 250 ml; 1g trong 1 lit r­ î u etylic 20%.

Cresol tÝa

NghiÒn 100mg ví i 5,3 ml dung dÞch NaOH 0,05N, thªm H2O ®Õn 250 ml; 1g trong 1 lit r­ î u etylic 20%.

Phenolphtalein

1g trong 1 lit r­ î u etylic 60-90%.

Thimolphtalein

1g trong 1 lit r­ î u etylic 90%.

Alizarin vµng GG

1g trong 1 lit H2O.

55

II- Dung dÞc h ®Öm:

a-Kh¸i niÖm: T¸c dông chèng l¹i sù thay ®æi pH cña mét dung dÞch cho tr­ í c gäi lµ t¸c dông ®Öm. Dung dÞch cã t¸c dông ®Öm gäi lµ dungdÞch ®Öm. XÐt: -N­ í c nguyªn chÊt cã pH=7. -Khi thªm 0,01mol HCl vµo 1 lit n­ í c nguyªn chÊt, pH cña n­ í c tõ 7 sÏ gi¶m xuèng 2. (pH =-log0,01) -Khi thªm 0,01 mol NaOH vµo 1 lit n­ í c nguyªn chÊt, pH cña dung dÞch n­ í c tõ 7 sÏ t¨ng lªn 12. (pH=14 - pOH) -Dung dÞch chøa hçn hî p HCH3COO vµ NaCH3COO cã cï ng nång ®é 0,1M cã pH=4,75. *NÕu thªm 0,01 mol HCl vµo dung dÞch trªn: CA pH=p K a - log =4,75 - log 0,1 + 0,01 =4,71 CB 0,1 − 0,01 +Thªm 0,01 mol NaOH: pH= 4,75 - log 0,1 − 0,01 =4,84 0,1 + 0,01

Trong tr­ êng hî p nµy pH cña dung dÞch thay ®æi rÊt Ýt. Nh­ vËy, hçn hî p HCH3COO +NaCH3COO cã t¸c dông duy tr×gi¸ trÞpH x¸c ®Þnh, rÊt Ýt thay ®æi khi thªm mét l­ î ng nhá axit hoÆ c baz¬. 56

57

58

59

60

61

62